一种带有牺牲阳极的大口径给、排水管顶管的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种带有牺牲阳极的大口径给、排水管顶管，包括内层钢筒、外层钢筒、增强结构、混凝土填充结构、外层混凝土层、内层混凝土层；所述增强结构设于内层钢筒和外层钢筒之间，所述增强结构具体为缠绕内层钢筒外并与内层钢筒和外层钢筒焊接固定的钢带，所述混凝土填充结构位于内层钢筒、外层钢筒和增强结构之间的空隙中；所述外层混凝土层中还设有牺牲阳极和钢支腿，所述牺牲阳极与外层混凝土层的接触面设有绝缘涂层。本发明抗腐蚀效果好，经久耐用，制作过程简单，在满足刚度和强度的同时降低重量和生产成本，具有较大的社会和经济价值。
【专利说明】-种带有牺牲阳极的大口径给、排水管顶管
【技术领域】
[0001] 本发明属于市政、工业、矿业等用管道领域，特别提供一种带有牺牲阳极的大口径 给、排水管顶管。
【背景技术】
[0002] 随着我国经济的持续快速发展，城市规模迅速扩大，越来越多的城市出现供水、排 水困难。建设大规模输水工程已经刻不容缓，采用管道铺设输水管线是必须的选择方案。目 前，可供选择的管线有钢管、混凝土管、钢筋混凝土管、预应力混凝土管。其中，管壁内不配 置钢构的混凝土管的最大公称内径只有600_，只适合小供排量场合应用，大规模输水工程 必须选择其他几种管道。选择管道时考虑的主要因素有：安全可靠程度、建设及维护成本两 个方面。
[0003] 钢管自重轻、刚度大，但成本高、易受环境腐蚀，后期维护费用高。为降低工程造 价，建设者当前更多的是选用钢和混凝土复合的管道。除了造价低外，两种材料相互弥补了 彼此的弱点，发挥各自的长处，从而使钢/混凝土复合管具有很高的承载能力，一般都高于 组成管道的钢和混凝土单独承载力之和。另外，由于混凝土自身的碱性可以使得钢表面发 生钝化，大大提高了混凝土中钢的耐腐蚀性。
[0004] 但是，目前已有制作和应用标准的钢构混凝土管又存在着不足，制约着应用。目 前钢构混凝土管中的钢材大都采用高强度钢，目的是提高承载能力以及降低自重。如《顶管 用钢筋混凝土管标准》中规定的螺纹钢筋应满足《JC/T 540》，规定所用螺纹钢最低屈服强 度为550MPa。而预应力混凝土管（PCCP)中的冷拔钢丝的屈服强度一般在1550MPa以上，按 照国际钢铁协会用材料力学性能--强度来分类，这类钢构属于高强钢（270--700MPa) 和超高强钢（>700MPa)。实践表明，这类钢对应力腐蚀开裂敏感。应力腐蚀开裂是材料在 应力和腐蚀环境共同作用下引起的开裂，这是应力与腐蚀联合作用的结果。如果只有一个 方面，应力或者介质作用，开裂破坏不会发生，但当二者联合作用时，却能很快发生开裂。因 此,发生应力腐蚀开裂时，应力可能是很低的，介质的腐蚀性可能也是很弱的，也正由于如 此，应力腐蚀开裂经常受到忽视，导致意外事故不断发生。普通碳钢通常在特定的工业环境 中发生应力腐蚀开裂，而高强钢则在自然环境中、如雨水、海水中即可发生应力腐蚀开裂。 另外，由于近代工业的发展，材料工作环境越来越苛刻，应力腐蚀问题也日益突出。
[0005] 以目前标准制作的、采用高强钢结构的混凝土管在其混凝土逐步失效的情况下， 风险会不断增加。而现阶段对大规模输运工程、如输水管线的耐久性要求也较以往有很大 提高，从20-30年提高至50-100年，因此，亟需发展耐久性更好的管材以满足要求。
[0006] 另外，对于大口径、埋地较深、长距离的顶管管线，阴极保护面临需要迫切解决的 难题：
[0007] 对于顶管管线的结构，阴极保护工作者首先会想到利用工作井作为牺牲阳极的馈 电点。但是输水管线为目前单次顶进距离较长，最长的两个工作井之间的距离近可达数公 里。由于阴极保护采用牺牲阳极，而牺牲阳极的保护距离较强制电流小，用工作井作为馈电 仅能满足工作井附较短管线的阴极保护，也就是说，管线中间必须增加馈电点。但是管线埋 地如此之深，又不允许进行开挖施工，如何实现管线馈电成为首要技术难题。
[0008] 在已公开的钢质顶管阴极保护中，采用从地表钻孔遥控焊接的方法将导电电缆焊 接在钢管表面。在焊接过程中焊接产生的电火花有能力穿透钢管表面的涂层，从而使得电 缆前方焊点与钢管外壁焊接在一起。而对于外表由较厚的混凝土包裹的顶管，电火花不能 透过这层混凝土而融化钢管外壁金属来焊接馈电电缆。如果从地表钻孔遥控焊接电缆，则 只能选择管道的承接口。但承接口处的钢长度太短，难以准确地从地表实施。另外，采用顶 管的目的是为了不破坏地表及地下的基础设施，从地表进行施工进行阴极保护自然会受到 很多限制，因此无法从地表进行阴极保护施工。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于解决现有技术存在的问题，本发明放弃高强度钢、而采用普通 碳钢材料以增加其耐腐蚀性，为保证其强度，从钢构混凝土复合管的钢结构方式上进行改 革，并考虑到阴极保护的问题，提供一种高强度、耐腐蚀、低成本、低重量的带有牺牲阳极的 大口径给、排水管顶管。
[0010] 本发明的技术方案是：一种带有牺牲阳极的大口径给、排水管顶管，所述大口径 给、排水管顶管包括内层钢筒1、外层钢筒2、增强结构3、混凝土填充结构4、外层混凝土层 5、内层混凝土层6 ;所述增强结构3设于内层钢筒1和外层钢筒2之间，所述增强结构3具 体为缠绕内层钢筒1外并与内层钢筒1和外层钢筒2焊接固定的钢带，所述内层混凝土层 6设于内层钢筒1内部，所述外层混凝土层5设于外层钢筒2外部，所述混凝土填充结构4 位于内层钢筒1、外层钢筒2和增强结构3之间的空隙中；所述外层混凝土层5中还设有牺 牲阳极7和钢支腿8,所述钢支腿8焊接在外层钢筒2外表面，所述牺牲阳极7通过钢支腿 8与外层钢筒2连接，所述牺牲阳极7为弧形，所述牺牲阳极7的外表面与外层混凝土层5 的外表面处于同一曲面，所述牺牲阳极7与外层混凝土层5的接触面设有绝缘涂层9。
[0011] 以往钢质顶管的阴极保护在顶管施工顶进到位后进行，因为钢质顶管外壁没有牺 牲阳极的搭载平台，如果焊接在钢管外，牺牲阳极会增加顶进推力，且容易在顶进过程中脱 落。本发明与以往钢质顶管的阴极保护方式不同，将牺牲阳极7镶嵌入外层混凝土层5中， 在顶管实施时将牺牲阳极7 -同送入指定位置。
[0012] 优选的，所述绝缘涂层9具体为无溶剂环氧耐久性涂层。所述无溶剂环氧耐久性 涂层为甲组分和乙组分按重量比为10:3的比例均匀混合而成，所述甲组分为环氧树脂、二 氧化钛、硅酸钙、二氧化硅、氧化钙、液态聚硫橡胶六种材料按重量比8:2:2:3:2:3的比例 混合而成，所述乙组分为曼尼希胺、硅酸钙、二氧化硅、氧化钙四种材料按重量比3:1:1:1 的比例混合而成。无溶剂环氧耐久性涂层具体组分配比见表1。
[0013] 所述无溶剂环氧耐久性涂层在混凝土环境下能长期保持绝缘性，且与外层混凝土 层5和牺牲阳极7均结合很好，其结合界面处不会在长期应用过程中出现裂纹，引起两方面 不利现象，一方面是裂纹存在使得腐蚀介质、如水溶液等渗入到外层钢筒2表面引起腐蚀， 另一方面，牺牲阳极7材料在与外层混凝土层5接触的界面处发生溶解，其过程产生的腐 蚀产物会因为膨胀而损坏外层混凝土层5,造成很大的缺陷。无溶剂环氧耐久性涂层特性见 表2,该特性保证了在较长的服役期间内老化程度很小，能满足牺牲阳极7材料在外层混凝
【权利要求】
1. 一种带有牺牲阳极的大口径给、排水管顶管，其特征在于：所述大口径给、排水管顶 管包括内层钢筒（1)、外层钢筒（2)、增强结构（3)、混凝土填充结构（4)、外层混凝土层（5)、 内层混凝土层（6);所述增强结构（3)设于内层钢筒（1)和外层钢筒（2)之间，所述增强结 构⑶具体为缠绕内层钢筒⑴外并与内层钢筒⑴和外层钢筒⑵焊接固定的钢带，所 述内层混凝土层（6)设于内层钢筒（1)内部，所述外层混凝土层（5)设于外层钢筒（2)外 部，所述混凝土填充结构（4)位于内层钢筒（1)、外层钢筒（2)和增强结构（3)之间的空隙 中；所述外层混凝土层（5)中还设有牺牲阳极（7)和钢支腿（8)，所述钢支腿（8)焊接在外 层钢筒（2)外表面，所述牺牲阳极（7)通过钢支腿（8)与外层钢筒（2)连接，所述牺牲阳极 (7)为弧形，所述牺牲阳极（7)的外表面与外层混凝土层（5)的外表面处于同一曲面，所述 牺牲阳极（7)与外层混凝土层（5)的接触面设有绝缘涂层（9)。
2. 按照权利要求1所述的一种大口径给、排水管，其特征在于：所述绝缘涂层（9)具体 为无溶剂环氧耐久性涂层，所述无溶剂环氧耐久性涂层为甲组分和乙组分按重量比为10:3 的比例均匀混合而成，所述甲组分为环氧树脂、二氧化钛、硅酸钙、二氧化硅、氧化钙、液态 聚硫橡胶六种材料按重量比8:2:2:3:2:3的比例混合而成，所述乙组分为曼尼希胺、硅酸 钙、二氧化硅、氧化钙四种材料按重量比3:1:1:1的比例混合而成。
3. 按照权利要求1所述的一种大口径给、排水管，其特征在于：所述外层钢筒⑵上设 有多个开孔（2a)。
4. 按照权利要求1所述的一种大口径给、排水管，其特征在于：所述外层钢筒⑵外表 面为不光滑表面。
5. 按照权利要求3所述的一种大口径给、排水管，其特征在于：所述外层钢筒⑵外表 面为不光滑表面。
6. 按照权利要求1-5任一所述的一种大口径给、排水管，其特征在于：所述钢带的数量 为大于等于1条。
7. 按照权利要求6所述的一种大口径给、排水管，其特征在于：所述钢带与内层钢筒 (1)的螺旋角度为5°?90°。
8. 按照权利要求7所述的一种大口径给、排水管，其特征在于：所述钢带的截面具体为 长方形、梯形、波浪形、U形或V形。
9. 按照权利要求8所述的一种大口径给、排水管，其特征在于：所述钢带沿大口径给、 排水管径向的高度为20mm?150mm。
【文档编号】F16L58/10GK104089108SQ201410264525
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2014年6月13日
【发明者】李京, 魏英华, 吕晨曦, 刘阳, 赵国强, 史杰智, 李晓东, 陆卫中, 高英 申请人:中国科学院金属研究所